模电课程设计

1、四川大学制造科学与工程学院模拟电子技术课程设计报告语音放大器设计专业班级： 机制1班 学生姓名： 谢焯俊、曾奕迪 学 号： 2014141411221、2013141411021任课教师： 周群 设计时间： 2015.12.620115.12.14 摘要：本课程设计的语音放大器是将输入的音频信号不失真地放大并用扬声器输出的一个简易装置。语音放大器电路主要由信号输入话筒，前置放大电路，带通滤波器电路，功率放大电路和负载为8的扬声器组成。人的声音信号频率一般在300HZ到3kHz之间，语音信号通过前置放大电路将信号放大（前置放大电路的增益为20dB），然后通过带通滤波器将低于300HZ高于3000

2、Hz的信号过滤掉，得到合适频率的声音信号后由功率放大电路争强信号的电流，使得滤波后的语音信号能够驱动喇叭输出信号，最终得到所需要的不失真的放大的声音。关键字：【语音放大器】【前置放大】【带通滤波】【功率放大】1、 设计任务及要求1、 采用集成运放电路及集成功放电路完成一个语音放大器模拟电路的设计与制作。2、 要求语音放大电路满足以下性能： 输入信号：vi5mV 输入阻抗：Ri20K 带通频率范围：300Hz - 3KHz额定输出功率：Pom1W 负载电阻：RL=8电源电压：+12V2、 设计的作用、目的1、 熟悉常用集成运放和集成功放的功能及使用方法，并具有灵活运用能力。2、 掌握低通滤波及高

3、通滤波电路及功率放大电路的电路特点及参数设计方法，了解语音识别知识。3、 通过系统参数设计，系统单元调试及系统联调，提高工程设计能力和独立实践动手能力。3、 设计过程1. 方案设计此次课程设计的语音放大器由“前置放大电路”、“有源带通滤波电路”、“功率放大电路”和“扬声器”几部分构成。如图所示：（1） 由于设计中采用+12V单电源供电，为防止半波失真，需在每一级电路的同相输入端搭建分压网络，提供一个+6V的偏置电压，同时在各级间耦合适当大小的电容（3.3uf）以过滤直流成分；（2） 第一级，前置放大级，采用LM324搭建同相放大电路，设计电路增益20dB，输入电阻20K；（3） 第二级，带通滤

4、波级，采用一个RC高通滤波电路串联一个RC低通滤波电路以达到选择通频带的目的，接着用LM324搭建同相放大电路将经选频处理后的信号再次放大并输入到下一级，设计电路增益8dB（2.5），输入电阻20K；（4） 第三级，功率放大级，采用LM386搭建同相功率放大电路，设计电路增益30dB（32），输入电阻；（5） 三级电路串联最终得到总增益为58dB，通频带为300Hz 3KHz，最大输出功率为1.05W的语音放大器。2. 单元电路设计、参数计算和元器件的选择整体设计电路如图所示，主要由三级电路组成（1） 第一级，前置放大级电路如图：其中上方走线为+12V电源引线，下方为地端引线，R1、R2、R3

5、、C1构成电压偏置网络，C3用于提高反相输入端电位使其静态电位与正向输入端保持一致，同时令交流反馈信号顺利通过实现交流负反馈，C4为与下一级的级间耦合电容。本级电压放大倍数Av = 1+ R5 / R4 = 10（2） 第二级，带通滤波级电路如图：其中上方走线为+12V电源引线，下方为地端引线，R8、R9、R10、C5构成电压偏置网络C8用于提高反相输入端电位使其静态电位与正向输入端保持一致，同时令交流反馈信号顺利通过实现交流负反馈，C9为与下一级的级间耦合电容。RC带通滤波网络部分采用高通在前低通在后的设计，先滤掉低频噪声后过滤高频噪声，由于300Hz3000Hz带宽过窄，经仿真测试后发现按

6、照理论值设计的低通网络的频率特性无法满足要求，因此又经多次调试后找到一组能够很好满足要求的RC搭配，如下： 低通网络（R7C13）理论特征频率为：1/(2x3.14x4.7x51000x10-9)=664.3Hz高通网络（R6C7）特征频率为：1/(2x3.14x100x5100x10-9)=312.2Hz经仿真测试得出该级电压放大倍数Av = 2.5（3） 第三级，功率放大级电路如图：其中上方走线为+12V电源引线，下方为地端引线，C11为大电容用于提供输出信号负半周的电压和电流，改善负半周的功率特性。LM386的1、8引脚通过电容C10串联电阻了一个电阻R14其目的是通过在反馈网络中并联电

7、阻调节内部负反馈网络的反馈深度，达到提高或降低放大器增益的效果。经仿真调试，该功率放大电路的电压放大倍数Av = 32，输入电阻为无穷大。四、电路仿真报告（输入峰峰电压10mV，1KHz正弦交流信号） 第一级，前置放大器输出特性：输出电压：峰峰值100mV，有效电压35.4mv，增益20dB (10倍)。第二级，有源滤波带通电路输出特性：无源RC低通滤波网络频率响应曲线：无源RC高通滤波网络频率响应曲线：无源RC带通网络频率响应曲线：无源网络通频带266Hz-2.99KHz .第二级电路输出频率响应曲线：第二级输出电压特性：输出电压：峰峰值240mV，有效电压84.9mv，增益8dB (2.5

8、倍)。第三级（末级），功率放大器输出特性：最大输出电压（1KHz）：峰峰值8.2V，有效电压2.9V，最大输出功率1.05W；单级最大增益（1KHz）：32dB (40倍)。语音放大器整体输出特性：输入信号频率为1KHz时，获得最大输出电压，输出电压峰峰值8.2V，输出电压有效值2.9V；最大输出功率1.05W，最大总功率3W，总体效率35% .放大器总增益58dB (800倍), 通频带279Hz2.98KHz .五、课程设计总结此次课程设计不仅让我们初步掌握了电路仿真软件、LM324运放、LM386功放以及RC选频网络的应用，在此过程中加深了对以上专业知识的理解与感悟，同时也让我们体会到了

9、工程应用设计与理论学习的巨大不同。首先工程设计会涉及许多元件参数的确定，必须通过查找专业资料，借鉴前人的经典设计案例，同时权衡自己的设计中很多方面的因素，在不同的参数组合之间选择和协调，并最终确定一个能够满足各方面要求的组合。在此过程中将需要对电路的很多部分或者元器件进行反复的更改或更换，对于规模较大的电路这将耗费巨大的成本，即使通过人力事先计算求解，其整个过程也非常复杂且容易出现失误。而通过CAD软件进行设计、仿真、调试，将大大降低开发、调试电路的成本，极大提升设计速度以及电路成品的性能，这充分体现了CAD仿真对设计师还有工程人员的重要性。其次，在实际应用中，情况往往会非常复杂，即使在设计初

10、期用CAD软件进行过模拟分析，在实际操作中还是可能会出现许多事先意想不到的问题。设计成品的实际运行结果可能会与分析结果存在较大的误差，这就需要在实践调试的过程中不断改变或者调整设计，在反复的试验与修正之后得到一个在实际工况中满足设计要求的结果，同时设计者也在此过程中积累实践经验，这也表明CAD仿真具有一定的局限性。最后我们体会到，很多从书本上学来的知识还是要通过对这些知识亲身实地的运用实践，才能做到真真正正的把握重点，细思细节，把知识变成实实在在的领会与经验，同时将新的经验映射、稳固到我们知识结构体系中，无法遗忘，快速进步。六、附录Bill Of Materials=Design: 课程设计1

11、.0 语音放大器Author: 谢焯俊Created: 15/12/11Modified: 15/12/15QTY PART-REFS VALUE CODE - - - - Resistors-4 R1,R2,R8,R9 100K Digikey P100KVCT-ND 2 R3,R10 20K Digikey 311-20KATR-ND 2 R4,R11 3K Digikey 311-3.0KJCT-ND 2 R5,R12 27K Digikey 311-27KGCT-ND 1 R6 5.10K Digikey 311-5.10KCDKR-ND 1 R7 51.0K Digikey 311-51.0KHDKR-ND 1 R14 1.6K Digikey P1.6KGTR-ND Capacitors-4 C1,C2,C5,C10 10u Digikey 478-1634-1-ND 5 C3,C4,C8,C